凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理
[提交于 2025年7月11日
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标题: 基于层状系统的钴磁晶各向异性计算中的微扰理论有效性
标题: Validity of perturbation theory in calculations of magnetocrystalline anisotropy in Co-based layered systems
摘要: 对具有增强自旋轨道耦合(SOC)的钴薄膜和钴/铂双层中的磁晶各向异性(MCA)能的二阶微扰理论(PT)的有效性进行了检验。 与通过力定理(FT)获得的精确结果进行比较,揭示了MCA能随钴厚度变化的依赖关系存在显著差异。 对于具有强SOC的体系,PT无法正确描述MCA能的振荡,大大高估了其振幅,甚至在钴/铂双层中未能再现其特定的周期性。 这些失败特别涉及由钴层中在布里渊区中心(BZ)简并的量子阱(QW)少数自旋d态对产生的2单层周期的主要振荡。 这种状态的简化模型表明,PT与FT预测之间出现大差异的原因是,在BZ中心附近区域,每个对内的状态能量间隔相对于SOC强度较小,导致PT失效。 使用FT计算的MCA能振荡幅度受到连续QW对之间有限能量间隔的限制,而在PT计算中,该振幅则随着SOC强度的增加呈二次方增长。 此外,对于弱和中等SOC强度,PT的准确性随着SOC常数与温度之比的增加而降低。 这解释了为什么即使在具有相对较弱名义SOC的钴薄膜中,PT在低温下也会高估MCA能振荡的幅度。 对于钴/铂双层,PT方法中振荡幅度的强温度依赖性导致在低温和零温下的MCA能显著不同,其符号相反,且幅度比FT结果大几倍。
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